PCB PDN 这些概念被扩展到实际的一块双面印刷电路板,在这块PCB上面积为4.5” x 6.3”的裸铜箔中心焊接有一个SMA连接器,如图4所示。
图4:利用一块面积为4.5”x6.3” 、一个边有个SMA连接器的双面铜箔板测量PCB的开路(绿色)和短路(橙色)阻抗。该阻抗还用SMA连接器正对面的2.7Ω(蓝色)和10Ω(红色)端接电阻进行了测量。电阻用非常短的编带连接到PCB,以便尽量减小互连电感。
我们可以使用图4中的示波器测量结果近似计算PCB的特征阻抗。电容是用标记M3估计的。
电容用70MHz、10dBΩ的那个点估计。
利用(1)可以计算出特征阻抗为:
另外,特征阻抗可以看作是开路阻抗和短路阻抗的交叉点,发生在近似11.5dBΩ或3.76Ω点。
也可以使用(4)和带2.7Ω端接电阻的近似峰值阻抗(14.5dBΩ)计算PCB的特征阻抗。
重新变换计算Zo,
可以用(3)计算第一个谐振频率或抗谐振频率,即:
用3.6Ω的端接电阻重复进行测量,如图5所示。
图5:用3.6Ω代替2.7Ω端接电阻对同一块PCB进行测量(红色)。注意,在采用3.6Ω的端接电阻后,只有少量峰值指示其特征阻抗稍大于3.6Ω。
对PCB进行仿真并与图5进行比较,结果如图6所示。
图6:PCB仿真结果与图5所示的测量结果进行比较。
最后,使用电源端的0.6Ω和3.6Ω源阻抗并在PCB谐振频率点仿真动态瞬时响应。仿真模型见图7,仿真结果见图8.
图7:用0.6Ω和3.6Ω源阻抗代表稳压器输出阻抗,在谐振频率点进行动态负载瞬时ADS仿真。
图8:瞬时响应仿真结果表明,0.6Ω较低源电阻(红色) 的瞬时响应比匹配的3.6Ω源电阻(蓝色)具有大得多的电压偏移。
该视频演示端接电阻在PCB板上频域和时域的影响
小结
本文讨论了几种确定电路板特征阻抗的方法,并用仿真模型定义了PCB特征与PDN性能之间的重要关系。在经过实际测量后,关系得到了确认。
可以通过观察第一个缺陷是谐振点还是抗谐振点来判断PCB阻抗是否大于或小于端接阻抗,端接阻抗是否大于PCB阻抗。
这些结果清晰地表明,为了优化PDN性能,必须使PCB层阻抗与稳压器的输出阻抗相匹配。最好是使PCB层阻抗等于稳压器的输出阻抗,如果不可能实现的话,PCB阻抗应该低于稳压器输出阻抗,以便更好地包含与峰值阻抗最大值相关的峰值偏移。